一种石墨烯改性超高性能混凝土制品及其制备方法与流程

1.本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种石墨烯改性超高性能混凝土制品及其制备方法。


背景技术：

2.随着社会的发展，人民生活水平的提高，对住房、办公楼等建筑环境的要求也随之增高，对外墙的装饰性要求也逐渐增高。传统的建筑设计中，通常采用石材装饰挂板作为外墙装饰挂板。但是石材作为一种不可再生资源，其采取、运输、加工都比较困难，且石材作为外墙装饰挂板的制备工艺复杂、成本高，使用受限因素较多。
3.石墨烯具有优异的光学、电学、力学特性，在材料学、微纳加工、能源、生物医药和药物传递等方面具有重要的应用前景，被认为是一种未来革命性的材料。其中石墨烯优异的力学性质使得采用氧化石墨烯、石墨烯作为添加剂提升水泥基材料的各项性能已成研究热点。石墨烯具有较好的强度性能，特别是涉及其拉伸强度和杨氏模量时，因此石墨烯改性超高性能混凝土用于建筑装饰外墙板可以有效的解决物理性能，又可以表达建筑内涵。
4.石墨烯多为氧化法剥离石墨片制备而成，在制作建筑装饰外墙板时，由于石墨烯的层片状态，直接加入砂浆或混凝土浆料中搅拌易团聚，需要对石墨烯进行预处理，增加其在砂浆或混凝土中的分散性。石墨烯在复合过程中很容易造成片状结构的褶皱，严重的甚至变成团状，破坏了片状结构的特性，达不到应有的改性效果。单层石墨烯层间的范德华力很大，外来物质和外来力很难打开。现有技术对石墨烯的预处理一般是进行研磨，用分散剂增加分散性；或者对其表面进行有机或无机分子的接枝改性。但是，现有技术工艺都比较复杂，导致成本升高，引进的助剂或者接枝基团不利于水泥混凝土的成型，降低混凝土的凝结时间以及部分力学性能的损失。


技术实现要素：

5.针对上述问题，本发明公开了一种石墨烯改性超高性能混凝土制品的制备方法，通过采用聚羧酸对石墨烯进行预处理，使其表面包覆一层带有羟基基团的聚羧酸分子，避免石墨烯与碱性条件下的金属离子络合产生团聚，在球磨机中再分散，可以有效的促进石墨烯的分散，使石墨烯改性混凝土制品具有抗开裂、超高性能、超耐久性等特点，既解决了建筑外装饰，同时可以与建筑保持同寿命周期，成为表达建筑文化的语言。
6.具体制备方法包括：（1）将占石墨烯质量0.5-2%的偏磷酸钠与石墨烯混合放入球磨机中进行球磨20-30min，对石墨烯进行预分散；（2）按照质量比石墨烯：聚羧酸：水=100：（50-100）：200的比例将聚羧酸加入到水中，搅拌均匀，边搅拌边加入预分散的石墨烯，慢速搅拌3-5min进行超声分散1-2h，得石墨烯分散液；（3）取重量份50-70份水泥、5-20份活性粉末、4-8份超细碳酸钙、90-100份石英砂、
1-7份纤维、1-5份可分散乳胶粉、0.1-0.5份消泡剂混合均匀，得水泥基混合料；（4）将占水泥基混合料质量2.5-5%的水加入水泥基混合料中，搅拌3-5min；加入占水泥基混合料质量2.5-5%的石墨烯分散液，搅拌3-5min，得水泥基浆料；（5）将配置好的水泥基浆料采用浇筑的方式倒入准备好的模具中，自然养护24h后脱模；（6）脱模后将样品放入90℃蒸养箱中，蒸养48h后取出，成功制得石墨烯改性超高性能混凝土制品。
7.所述活性粉末为偏高岭土、硅灰、矿粉按照质量比1:1:1混合而成。
8.所述超细碳酸钙的颗粒直径为 0.01-0.015mm。
9.本发明还公开了采用上述方法制备得到的超高性能混凝土制品。
10.本发明的有益效果：（1）利用聚羧酸对石墨烯表面进行预处理，使石墨烯表面包覆一层羧基，避免石墨烯与碱性条件下的金属离子络合产生团聚；加入偏磷酸钠作为分散剂，偏磷酸钠既具有分散剂的功效，同时与水泥基游离金属离子进行络合，从而降低游离金属离子与石墨烯进行络合，通过对石墨烯的处理，有效的解决了石墨烯在水泥基材料中的团聚问题，石墨烯在超高性能混凝土中能够更好的发挥其性能优势。
11.（2）通过石墨烯的加入，有效的降低了薄壳结构建筑装饰超高性能外墙板的开裂风险，促进了水泥水化产物的自密化，调控外墙板的微观结构，优化孔隙率提升了外墙板的整体力学性能。
具体实施方式
12.以下结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
13.一种石墨烯改性超高性能混凝土制品的制备方法，包括：（1）将占石墨烯质量0.5%的偏磷酸钠与石墨烯混合放入球磨机中进行球磨20min，对石墨烯进行预分散；（2）按照质量比石墨烯：聚羧酸：水=100：50：200的比例将聚羧酸加入到水中，搅拌均匀，边搅拌边加入预分散的石墨烯，慢速搅拌3min进行超声分散1h，得石墨烯分散液；（3）取重量份50份水泥、5份活性粉末、4份超细碳酸钙、90份石英砂、1份纤维、1份可分散乳胶粉、0.1-份消泡剂混合均匀，得水泥基混合料；所述活性粉末为偏高岭土、硅灰、矿粉按照质量比1:1:1混合而成；（4）将占水泥基混合料质量5%的水加入水泥基混合料中，搅拌3min；加入占水泥基混合料质量5%的石墨烯分散液，搅拌3min，得水泥基浆料；（5）将配置好的水泥基浆料采用浇筑的方式倒入准备好的模具中，自然养护24h后脱模；（6）脱模后将样品放入90℃蒸养箱中，蒸养48h后取出，成功制得石墨烯改性超高性能混凝土制品。
实施例2
14.一种石墨烯改性超高性能混凝土制品的制备方法，包括：（1）将占石墨烯质量2%的偏磷酸钠与石墨烯混合放入球磨机中进行球磨30min，对石墨烯进行预分散；（2）按照质量比石墨烯：聚羧酸：水=100：80：200的比例将聚羧酸加入到水中，搅拌均匀，边搅拌边加入预分散的石墨烯，慢速搅拌5min进行超声分散2h，得石墨烯分散液；（3）取重量份70份水泥、20份活性粉末、8份超细碳酸钙、100份石英砂、7份纤维、5份可分散乳胶粉、0.5份消泡剂混合均匀，得水泥基混合料；所述活性粉末为偏高岭土、硅灰、矿粉按照质量比1:1:1混合而成；（4）将占水泥基混合料质量2.5%的水加入水泥基混合料中，搅拌5min；加入占水泥基混合料质量2.5%的石墨烯分散液，搅拌5min，得水泥基浆料；（5）将配置好的水泥基浆料采用浇筑的方式倒入准备好的模具中，自然养护24h后脱模；（6）脱模后将样品放入90℃蒸养箱中，蒸养48h后取出，成功制得石墨烯改性超高性能混凝土制品。
实施例3
15.一种石墨烯改性超高性能混凝土制品的制备方法，包括：（1）将占石墨烯质量1.2%的偏磷酸钠与石墨烯混合放入球磨机中进行球磨25min，对石墨烯进行预分散；（2）按照质量比石墨烯：聚羧酸：水=100：100：200的比例将聚羧酸加入到水中，搅拌均匀，边搅拌边加入预分散的石墨烯，慢速搅拌3min进行超声分散1.5h，得石墨烯分散液；（3）取重量份60份水泥、12份活性粉末、6份超细碳酸钙、95份石英砂、4份纤维、3份可分散乳胶粉、0.3份消泡剂混合均匀，得水泥基混合料；所述活性粉末为偏高岭土、硅灰、矿粉按照质量比1:1:1混合而成；（4）将占水泥基混合料质量4%的水加入水泥基混合料中，搅拌5min；加入占水泥基混合料质量4%的石墨烯分散液，搅拌5min，得水泥基浆料；（5）将配置好的水泥基浆料采用浇筑的方式倒入准备好的模具中，自然养护24h后脱模；（6）脱模后将样品放入90℃蒸养箱中，蒸养48h后取出，成功制得石墨烯改性超高性能混凝土制品。
16.对比例1一种超高性能混凝土制品的制备方法，包括：（1）取重量份50份水泥、5份活性粉末、4份超细碳酸钙、90份石英砂、1份纤维、1份可分散乳胶粉、0.1份消泡剂混合均匀，得水泥基混合料；所述活性粉末为偏高岭土、硅灰、矿粉按照质量比1:1:1混合而成；（2）将占水泥基混合料质量5%的水加入水泥基混合料中，搅拌3min；得水泥基浆料；
（3）将配置好的水泥基浆料采用浇筑的方式倒入准备好的模具中，自然养护24h后脱模；（4）脱模后将样品放入90℃蒸养箱中，蒸养48h后取出，成功制得一种超高性能混凝土制品。
17.对比例2一种超高性能混凝土制品的制备方法，包括：（1）取重量份50份水泥、5份活性粉末、4份超细碳酸钙、90份石英砂、1份纤维、1份可分散乳胶粉、0.1-份消泡剂混合均匀，得水泥基混合料；所述活性粉末为偏高岭土、硅灰、矿粉按照质量比1:1:1混合而成；（2）将占水泥基混合料质量5%的水加入水泥基混合料中，搅拌3min；加入占水泥基混合料质量5%的市售石墨烯材料，搅拌5min，得水泥基浆料；（3）将配置好的水泥基浆料采用浇筑的方式倒入准备好的模具中，自然养护24h后脱模；（4）脱模后将样品放入90℃蒸养箱中，蒸养48h后取出，成功制得一种超高性能混凝土制品。
18.对比例3一种超高性能混凝土制品的制备方法，包括：（1）购买市售预混好的石墨烯混凝土粉料，按照市售材料要求搅拌配置水泥基浆料；（2）将配置好的水泥基浆料采用浇筑的方式倒入准备好的模具中，自然养护24h后脱模；（3）脱模后将样品放入90℃蒸养箱中，蒸养48h后取出，成功制得一种超高性能混凝土制品。
19.对上述实施例1-3及对比例1-4制得的混凝土制品进行测试，结果如下表1所示：表1
20.经测试，本发明实施例利用聚羧酸对石墨烯表面进行预处理，加入偏磷酸钠作为分散剂，同时与水泥基游离金属离子进行络合，有效的解决了石墨烯在水泥基材料中的团聚问题，石墨烯在超高性能混凝土中能够更好的发挥其性能优势，使石墨烯改性混凝土制品具有抗开裂、超高性能、超耐久性等特点。

技术特征：
1.一种石墨烯改性超高性能混凝土制品的制备方法，其特征在于，包括：（1）将占石墨烯质量0.5-2%的偏磷酸钠与石墨烯混合放入球磨机中进行球磨20-30min，对石墨烯进行预分散；（2）按照质量比石墨烯：聚羧酸：水=100：（50-100）：200的比例将聚羧酸加入到水中，搅拌均匀，边搅拌边加入预分散的石墨烯，慢速搅拌3-5min进行超声分散1-2h，得石墨烯分散液；（3）取重量份50-70份水泥、5-20份活性粉末、4-8份超细碳酸钙、90-100份石英砂、1-7份纤维、1-5份可分散乳胶粉、0.1-0.5份消泡剂混合均匀，得水泥基混合料；（4）将占水泥基混合料质量2.5-5%的水加入水泥基混合料中，搅拌3-5min；加入占水泥基混合料质量2.5-5%的石墨烯分散液，搅拌3-5min，得水泥基浆料；（5）将配置好的水泥基浆料采用浇筑的方式倒入准备好的模具中，自然养护24h后脱模；（6）脱模后将样品放入90℃蒸养箱中，蒸养48h后取出，成功制得石墨烯改性超高性能混凝土制品。2.根据权利要求2所述的石墨烯改性超高性能混凝土制品的制备方法，其特征在于：所述活性粉末为偏高岭土、硅灰、矿粉按照质量比1:1:1混合而成。3.根据权利要求2所述的石墨烯改性超高性能混凝土制品的制备方法，其特征在于：所述超细碳酸钙的颗粒直径为 0.01-0.015mm。4.采用权利要求1-3任一项所述方法制备得到的超高性能混凝土制品。

技术总结
本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种石墨烯改性超高性能混凝土制品及其制备方法，包括（1）将偏磷酸钠与石墨烯混合放入球磨机中进行球磨预分散；（2）将聚羧酸加入到水中，搅拌均匀，边搅拌边加入预分散的石墨烯，进行超声分散得石墨烯分散液；（3）制备水泥基混合料；（4）将水加入水泥基混合料中，搅拌；加入石墨烯分散液，搅拌得水泥基浆料；（5）将配置好的水泥基浆料采用浇筑的方式倒入准备好的模具中，自然养护、脱模、蒸养后取出，成功制得石墨烯改性超高性能混凝土制品。本发明石墨烯改性混凝土制品具有抗开裂、超高性能、超耐久性等特点，既解决了建筑外装饰，同时可以与建筑保持同寿命周期，成为表达建筑文化的语言。成为表达建筑文化的语言。


技术研发人员：俞能海 汪杰 郭海东 明亮
受保护的技术使用者：锦丞环保科技材料（六安）有限公司
技术研发日：2023.04.20
技术公布日：2023/7/18